Untersuchung von Farb- und Korrosionsschutzbeschichtungspartikeln aus Offshore- Windparks in Sedimentproben der Nordsee mittels ATR-FTIR

Abstract

Durch den steigenden Ausbau von Offshore-Windkraft kommt es zu einem Anstieg von Windkraftanlagen und Übertragungsplattformen in den Weltmeeren. Die Bauten müssen vor dem korrosiven Meeresmilieu geschützt werden, was unter anderem durch Korrosionsschutzbeschichtungen bewerkstelligt wird. Die Beschichtungen bestehen durchschnittlich zu 37 % aus Plastik und können durch Beschädigungen, Verwitterung und Alterung als Mikroplastikpartikel in die Umwelt gelangen. Aufgrund der in den Beschichtungen enthaltenen Füllstoffe und Additive sind diese dichter und spröder als herkömmliche Mikroplastikpartikel und neigen eher dazu, zu sedimentieren. Um das Emissionspotential von Plastikpartikeln aus Offshore-Windparks zu erforschen, wurden in dieser Arbeit 22 Sedimentproben aus der belgischen und deutschen Nordsee auf ihren Plastikgehalt untersucht. Um die Plastikquellen identifizieren zu können, wurden die Probenahmestandorte unterteilt in Proben aus oder in der Nähe von Windparks und Referenzproben. Als Vorbereitung für die Untersuchung der Umweltproben kleiner 1 mm wurden Spike-Proben mit Beschichtungspartikeln angefertigt, in denen die Analysemethode der Dichteseparation mit anschließender Quantifizierung und Qualifizierung durch Pyrolyse-GC/MS auf ihre Wirksamkeit getestet wurde. Zusätzlich wurde die Sedimentfraktion > 1 mm auf das Vorkommen von Mesoplastik (Partikel > 1 mm) untersucht, wobei eine visuelle Methode in Kombination mit ATR-FTIR-Spektroskopie zum Einsatz kam. In der größeren Teilchenfraktion konnten Mesoplastikpartikel an 54,55% der Stationen identifiziert werden, jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den Standorttypen gefunden werden. Die am häufigsten gefundenen Polymere waren verschiedene Harze und Polyamide. In den deutschen Proben wurden signifikant mehr Partikel als in den belgischen Proben gefunden, deren Quelle konnte aber nicht eindeutig auf die Offshore-Windparks zurückgeführt werden. Für eine endgültige Bewertung ist es unabdingbar, dass die ausbleibende Fraktionsgröße < 1 mm der Umweltproben untersucht wird und weitere Forschung und Untersuchungen stattfinden, um mögliche Emissionen frühzeitig erkennen zu können.

The growing expansion of offshore wind power is leading to an increase in the number of wind turbines and transmission platforms in the world’s oceans. These structures must be protected from the corrosive marine environment, which is achieved, among other things, through anticorrosion coatings. On average, these coatings consist of 37 % plastic and can enter the environment as microplastic particles due to damage, weathering, and aging. Because of fillers and additives contained in the coatings, these particles are denser and more brittle than conventional microplastic particles and are more likely to settle. To investigate the emissions potential of plastic particles from offshore wind farms, this study analyzed 22 sediment samples from the Belgian and German North Sea for their plastic content. To identify the sources of plastic, the sampling sites were divided into samples taken from or near wind farms and reference samples. In preparation for the analysis of environmental samples smaller than 1 mm, spiked samples containing coating particles were prepared, in which the analytical method of density separation followed by quantification and qualification via pyrolysis-GC/MS was tested for its effectiveness. In addition, the > 1 mm fraction was visually examined for mesoplastics (particles > 1 mm) and qualified using ATR-FTIR. In the larger particle fraction, mesoplastic particles were identified at 54,55 % of the stations, but no significant differences were found between the site types. The most found polymers were various resins and polyamides. Significantly more particles were found in the German samples than in the Belgian samples; however, their source could not be definitively attributed to offshore wind farms. For a definitive assessment, it is essential that the missing < 1 mm fraction of the environmental samples be examined and that further research and investigations be conducted to enable the early detection of potential emissions.